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Disertación de Maestría
DOI
https://doi.org/10.11606/D.82.2019.tde-26082021-195811
Documento
Autor
Nombre completo
Rene Luis Casarin
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Carlos, 2019
Director
Tribunal
Castro Neto, Jarbas Caiado de (Presidente)
Becker, Marcelo
Novo Junior, Jose Marques
Parizotto, Nivaldo Antonio
Título en portugués
Desenvolvimento e validação de sensor inercial para análise biomecânica
Palabras clave en portugués
Acidente vascular encefálico
Biomecânica
Sensor inercial
Resumen en portugués
Sistemas inerciais para análise biomecânica podem fornecer parâmetros para diagnóstico, prognóstico e intervenções terapêuticas, auxiliando na elaboração de protocolos de tratamento e acompanhamento clínico. O objetivo deste estudo foi desenvolver e validar um sensor inercial para análise do movimento. Foi desenvolvido um protótipo constituído de uma placa de unidade de medida inercial (IMU) da Sparkfun modelo SEM - 10736 ROHS com 9 Graus de liberdade (9 DOF) que incorpora três sensores: um ITG-3200 [giroscópio baseado em sistemas microeletromecânicos (MEMS) de eixo triplo e resolução de 13-bit, ± 16g], ADXL345 (acelerômetro de eixo triplo), e um HMC5883L (magnetômetro de triploeixo), além de microcontrolador para aquisição de dados e um software para gravação, armazenamento e processamento dos dados. Para validação do protótipo foram realizados 3 estudos comparativos para análise angular: (i) Protótipo vs. XSens: foi utilizado três diferentes frequências para aquisição de dados (125 MHz, 50 MHz e 41,6 MHz) do sensor durante movimentos de flexão/extensão de cotovelo, e constatou-se que o protótipo mostrou precisão nos diferentes eixos (Yaw, Roll e Pitch) similarmente ao XSens; (ii) Protótipo vs. Robô Kuka: o protótipo foi acoplado no robô, que foi programado para realizar 3 rotações em cada eixo (Yaw, Pitch e Roll) com movimentos que variaram de 0° à 180° de acordo com cada eixo de rotação e, constatou-se que o protótipo mostrou diferença de no máximo 1 grau comparado ao robô, indicando acurácia e; (iii) Protótipo vs. Goniômetro: pacientes hemiplégicos (n=18) e voluntários saudáveis (n=15) participaram deste estudo transversal, no qual foram realizadas as medidas de amplitude de movimento (ADM) de flexão/extensão do punho e do cotovelo, que resultaram na correlação positiva da ADM entre o protótipo e o goniômetro, mas o protótipo permitiu a medida dinâmica dos membros paréticos e não paréticos de hemiplégicos, bem como do membro dominante de voluntários saudáveis, enquanto o goniômetro permitiu apenas a medida estática. Portanto, o protótipo do sensor desenvolvido, tem acurácia e mostrou ser eficaz para análise de medidas angulares dinâmicas.
Título en inglés
Development and validation of an inertial sensor for biomechanics evaluations
Palabras clave en inglés
Biomechanics
Encephalic vascular accident
Inertial sensor
Resumen en inglés
Inertial systems promote biomechanical parameters for diagnosis, prognosis and therapeutic interventions. The aim of this study was to develop and validate an inertial sensor for motion analysis. A prototype consisting of an inertial measurement unit (IMU) with 9 Degrees of Freeedom (9 DOF) was developed. It includes three sensors: ITG - 3200 [gyroscope based on microelectromechanical system (MEMS) with triple axis and resolution of 13-bit, ± 16g], ADXL345 (tripleaxis accelerometer), and HMC5883L (triple-axis magnetometer), plus a microcontroller for data acquisition and software for recording, storing and processing data. For validation of the prototype, 3 comparative studies were performed for angular analysis: (i) Prototype vs. XSens: three different frequencies (125 MHz, 50 MHz and 41.6 MHz) were used to acquire data from the sensor during the elbow flexion-extension movements, and there were similar results between the XSens and the prototype for different axes (Yaw, Roll and Pitch), demonstrating a prototype precision; (ii) Prototype vs. Robot Kuka: prototype was coupled on the programmed robot which perform 3 rotations on each axis (Yaw, Pitch and Roll) with variations from 0° to 180°, showing prototype accuracy due to only one degree of difference for the prototype compared to the robot; (iii) Prototype vs. Goniometer: hemiplegic patients (n=18) and healthy volunteers (n=15) performed flexion/extension of the elbow and wrist, showing a positive correlation between the prototype and the goniometer for range of movement (ROM) of the upper limbs, but the joint angles were measured by prototype in dynamic situations, while the joint angles were measured by goniometer in only static situations.
 
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Fecha de Publicación
2021-08-31
 
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